1.PCB概念
PCB(),中文名称为印刷电路板,又称印刷电路板、印刷线路板,是一种重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,也是电子元器件电气连接的提供者。因其采用电子印刷技术制成,故称“印刷”电路板。
2. PCB在各类电子设备中的作用和功能
1、焊盘:为集成电路等各类电子元器件的固定、组装提供机械支撑。
2、布线:实现集成电路等各种电子元器件之间的布线、电气连接(信号传输)或电气绝缘。提供所要求的电气特性,如特性阻抗等。
3、绿墨及丝印:为自动组装提供阻焊图形,为元器件插装、检查、维修提供识别字符及图案。
3. PCB技术发展概况
从1903年至今,从PCB组装技术的应用发展来看,可分为三个阶段
1. 通孔技术(THT)阶段PCB
1、金属化孔的作用:
(1)电气互联——信号传输
(2)支撑元件---引脚尺寸限制了通孔尺寸的减小
a. 销钉的刚性
b. 自动插入的要求
2. 增加密度的方法
(1)减小器件孔尺寸,但受到元件引脚刚度及插装精度的限制。孔径≥0.8mm
(2)减小线宽/线距:0.3mm-0.2mm-0.15mm-0.1mm
(3)增加层数:单面-双面-4层-6层-8层-10层-12层-64层
2. 表面贴装技术 (SMT) 阶段 PCB
1、过孔的作用:仅起电气互连作用。孔径可尽量小,也可塞孔。
2. 增加密度的主要途径
(1)过孔尺寸大幅减小:0.8mm-0.5mm-0.4mm-0.3mm-0.25mm
(2)过孔的结构发生本质变化:
a.埋盲孔结构的优点:提高布线密度1/3以上,缩小PCB尺寸或减少层数,提高可靠性,改善特性阻抗控制,减少串扰、噪声或失真(由于线路短、孔小)
b. 焊盘上的孔消除了中继孔和连接
(3)减薄:双面板:1.6mm-1.0mm-0.8mm-0.5mm
(4)PCB平整度:
a.概念:PCB基材的翘曲度与PCB板上连接焊盘表面的共面性。
b. PCB翘曲是热和机械应力引起的残余应力共同作用的结果
c.连接板表面处理:喷锡、化学镀NI/AU、电镀NI/AU…
3. 芯片级封装 (CSP) 阶段 PCB
CSP开始进入快速转型发展时期,将推动PCB技术不断进步,PCB行业将迈向激光时代、纳米时代。
4. PCB表面涂装技术
PCB表面涂覆技术是指除阻焊涂覆(也是保护)层之外还能用于电气连接的可焊涂覆(镀)层和保护层。
按用途分类:
1、用于焊接:铜表面必须有镀层保护,否则在空气中容易氧化。
2.连接器:电镀Ni/Au或化学镀Ni/Au(硬金,含P、Co)
3. 焊丝:焊丝工艺
热风整平(HASL 或 HAL)
从熔融的 Sn/Pb 焊料中出来的 PCB 被热风 (230°C) 弄平。
1.基本要求:
(1).Sn/Pb=63/37(重量比)
(2)涂层厚度至少>3um
(3)避免形成不可焊的Cu3Sn。形成Cu3Sn的原因是锡不足,如Sn/Pb合金镀层太薄,焊点由可焊—不可焊的Cu3Sn组成。
2. 流程
去阻焊剂--清洁电路板--印刷阻焊层及字符--清洁--涂助焊剂--热风整平--清洁
3.缺点:
a.铅锡表面张力太大,易形成龟背现象。
b.焊盘表面不平整,不利于SMT焊接。
化学镀Ni/Au是指在PCB连接焊盘上化学镀Ni(厚度≥3um)后再镀上0.05-0.15um的薄金层,也可以镀上0.3-0.5um的厚金层。由于化学镀层均匀、共面性好,能提供多次焊接性能,有推广应用的趋势。其中,薄金镀层(0.05-0.1um)是为了保护Ni的可焊性,而厚金镀层(0.3-0.5um)是为了引线键合工艺。
1、Ni层的作用:
a.作为Au与Cu之间的隔离层,阻止两者互相扩散,造成扩散区疏松。
b.作为可焊涂层,厚度至少应>3um
2. Au的作用:
Au为Ni的保护层,厚度在0.05-0.15之间,不能太薄,因为金孔隙率大,太薄则不能很好地保护Ni,容易引起Ni氧化;厚度不能>0.15um,因为焊点中会形成金铜合金(易碎),焊点中Au含量超过3%时,可焊性会变差。
电镀镍/金
镀层结构与化学Ni/Au基本相同,但由于采用电镀方式,镀层的均匀性较差。
5.PCB设计输出制作文件的注意事项
1.需要输出的图层有:
(1).布线层包括顶层/底层/中层布线层;
(2)丝印层包括顶层丝印/底层丝印;
(3).阻焊层包括顶层阻焊层和底层阻焊层;
(4).电源层包括VCC层、GND层;
(5)另外,还必须生成钻孔文件。
2、如果电源层设置为Split/Mixed,则每次输出光刻文件之前,在窗口中选择此项,并把PCB图中使用的Plane覆铜;如果设置为,则在设置Layer项时,选择Plane,并在层中选择Pads and Vias。
3.在设备设置窗口中,单击“设置”,将的值更改为199。
4.设置各层的Layer时选择。
5、设置丝印层Layer的时候,不要选中丝印层顶层、底层、Text Line。
6、设置阻焊层时,选择vias表示过孔不加阻焊,一般过孔都有阻焊层覆盖。
6. 安全标志要求
1、保险丝的安全标签是否齐全?保险丝附近是否有6个完整的标签,包括保险丝序列号、保险丝特性、额定电流值、防爆特性、额定电压值、英文警告标签。例如F101 F3.15AH,“有火灾风险,仅带保险丝和保险丝”。如果PCB上没有空间布置英文警告标签,英文警告标签可以放在产品的说明书里。
2、用高压警告符号在PCB上标记危险电压区域。PCB的危险电压区域应与安全电压区域用40mil宽的虚线隔开,并印有高压危险标志和“!”。
3、主、副边隔离区标记清晰。PCB的主、副边隔离区标记清晰,中间有虚线标记。
4、PCB板安全标记应清晰、齐全。
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